旋噴樁在隧道施工中的應用分析

劉前桂　李小龍

（中交四航局第一工程有限公司廣東廣州　510000）

旋噴樁在隧道施工中的應用分析

劉前桂李小龍

（中交四航局第一工程有限公司廣東廣州510000）

當前，在隧道施工中，旋噴樁技術得到了十分廣泛的應用，其具有施工簡單方便、加固效果優良等特點。本文即首先概述了水平旋噴樁技術應用優勢，其后就具體的工程案例，探討了旋噴樁施工技術，以期為隧道超前加固提供一定的參考。

旋噴樁；隧道施工；應用

引言

在隧道施工過程中，常用的超前加固方法主要有以下幾種：超前小導管，超前小導管不屬于旋噴樁施工的內容、凍結法、大管棚以及水平旋噴樁。其中，旋噴樁法與其他方法相比，具有強度高、可控性好及簡單經濟等優點，目前在熱力管道、公路隧道等地下工程中得到了廣泛的應用。

1　水平旋噴樁技術應用優勢概述

在隧道施工中，超前支護處理得好，不僅能保證隧道在建設施工中的各項安全，而且具有較好的經濟效益。其中，水平旋噴樁技術是在水平鉆孔內以高壓旋噴的方式壓注水泥漿，在隧道開挖外輪廓形成拱形預襯砌，以防護掌子面和地表下沉的超前支護方法。水平旋噴樁預支護的特點主要為：①強度高：在高壓旋噴的過程中，能夠使得巖體和水泥漿充分的混合，形成一種類似于砂漿的固結體，在含砂地層中其強度要高于水泥漿固結體；②均勻性：在旋噴樁成樁的過程中，高壓水泥漿噴射流，能夠直接將大塊巖體破碎，形成均勻混合體；③可控性：水平旋噴漿液的注入部位與范圍均處于可控狀態，通過調節注入參數（如：切削巖體壓力、固化材料注入速度以及配比、注入量等），可得到達到設計要求的固結體；④簡易性：施工中不需要使用大型設備，施工工藝簡單，操作方便；⑤經濟性：水平旋噴樁施工的費用相對較低，由于其漿液注入范圍可控，相對注入量大幅減少，成本也就相對減少費用低。下文即具體分析了水平旋噴樁施工技術在某隧道工程中的應用。

2　實例分析旋噴樁在隧道施工中的應用

2.1工程概況

某隧道工程原設計在隧道GDK25+L86～+120洞內拱壩采用雙排水平旋噴樁超前加固，在旋噴樁中插入φ108大管棚，并且采用上半斷面注漿超前注漿，采用水泥—水玻璃雙液漿；地面采用降水外對地表進行適當降水。暗挖隧道的圍巖等級均為Ⅵ級圈巖，采用CD法施工。

2.2地質分析及其設計變更

2.2.1地質分析

（1）對隧道過東部快速路右線隧道（GDK25J-180～+120）段進行地質補勘工作，揭示地層情況為：GDK25+133～+120段地層自上而下為素填土，雜色，厚約3.8～4.3m；淤泥質粉質粘上，灰黑色，流塑，厚0.7～4.9m；中砂，灰色為主，飽和，松散-稍密，厚2.5～ 11.8m。下伏基巖為泥質粉砂巖，其中洞身拱部范圍為中砂，飽和，松散一稍密，厚2.2～3.1m，下斷面為全、強～弱風化泥質粉砂巖。

（2）隧道下穿東部快速干線，洞身上斷面均有中砂層分布，隧道開挖時，容易對中砂層產生擾動，砂隨地下水流失，從而使上部形成空洞，造成路面沉降和塌陷，隧道施工時，必須對中砂層進行固化和止水處理，保證既有道路和隧道施工安全。

（3）隧道施工過程中地下水滲流會增大洞身出水量，甚至涌水、坍塌，應采取有效的止水措施，防止涌水涌砂引起坍塌事故，進而影響道路及行車安全。

（4）根據廣東珠三角城際軌道交通有限公司《研究莞惠GZH-5標GDK25+200～+080暗挖隧道帷幕注漿加固工作會議紀要》[2014]（29）要求，由于東部快速路交通流量較大，為避免封閉道路而影響到東部，快速路車輛正常行駛，同意現場增設兩車道的應急車道，以保證東部快速路正常運營。

2.2.2處理方案

（1）在右線隧道下穿東部快速干線范圍洞內水平旋噴樁循環搭接段對應的地表GDK25+123處增設兩排豎向旋噴樁進行端頭封堵加固止水。

（2）在原東部快速干線右幅路面旁增設兩車道行車道以確保道路行車安全。

（3）洞內初支、二襯及施工方法按照原設計進行。

2.3旋噴樁施工

2.3.1施工布置

由于隧道穿越富水砂層，且有地下水源補給，開挖過程中出現涌水涌砂現象，給隧道施工及及地面交通安全帶來很大的安全風險，故在水平旋噴樁循環里程前來施做地表豎向旋噴樁，施做里程為：GDK25+123；豎向施做范圍：隧道拱頂以上2m至隧道拱腰；水平施做范圍：隧道開挖輪廓外2.116m，豎向旋噴樁為2排。

2.3.2旋噴樁參數

直徑500mm，間距400mm，咬合100mm；旋噴樁采用雙重管旋噴，采用42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比1.0～1.5，高壓水泥漿射流的壓力大干20MPa（一般取25～30MPa），氣流壓力宜大于0.7MPa，提升速度可取10～25cm/min，要求加固后土體的28d無側限抗壓強度qu≥1.0MPa。圖1即為旋噴樁大樣圖。

2.3.3施工流程

圖1　旋噴樁大樣圖（1：25）

旋噴樁施工過程中一般先用鉆機引孔，用高壓泵（一般為25MPa）將水泥漿液通過特殊注漿管端頭的噴嘴，以高速噴入土層，噴嘴在噴漿液時，一面緩慢旋轉（10r/min），一面徐徐提升（建議取10～15cm/min），高壓噴出的漿液不斷切削土層，并使強制切削下來的土體與漿液充分混合，最后在噴射力的有效射程范圍內形成一個混合物圓形凝柱體，本項目使用的二重管法。即：同時壓入水泥漿和壓縮空氣，使用鋼管（直徑根據現場實際情況選擇）為注漿管，噴射流為漿液，以25MPa（建議值）壓力從噴嘴中噴出，直接沖擊切削土體，達到水泥漿置換土體顆粒，滿足設計要求。

2.3.4施工方法

施工時首先用鉆機引機，再用旋噴機噴射，即先把漿液管下到預定加固范圍最深點，然后自下而上進行高壓噴射注漿切割土體，將開孔和灌注樁體同時進行，一次成樁，其工作步驟為：

（1）鉆機就位：鉆機需平置于牢固堅實的地方，鉆桿對準孔位中心，偏差不超過5cm。

（2）鉆機下管：鉆孔的目的是將注漿管順利置入預定位置，在下管過程中，需防止管外泥砂或管內水泥漿小塊堵塞噴嘴，可用膠帶封死噴頭，當注漿噴頭下到預定位置（預定加固范圍最深點），按照順序往管內輸送高壓漿液和壓縮空氣，膠帶將自動崩開。

（3）制漿：根據不同地層選取不同注漿材料，本項目旋噴樁止水帷幕注漿材料采用普通硅酸鹽水泥（42.5#），水泥漿液的水灰比為1.0～1.5。

（4）試管：當注漿管置入土層預定深度后應用清水試壓，若注漿設備和高壓管路安全正常，則可攪拌制作水泥漿開始高壓注漿作業。

（5）高壓注漿作業：高壓射漿自下而上連續進行，注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉和提升速度等參數.應符合操作規程要求，若其它參數不變，提高噴射壓力即射流能量大，加固范圍則相應增大，效果好；若提升速度和旋轉速度適當降低，也可以增大加固半徑，在射漿過程中參數可隨土質不同改變，若參數不變，剛容易造成材料浪費或降低旋噴效果。

（6）噴漿結束與拔管：噴漿由下而上至設計高度后，拔出噴漿管，噴漿即告結束，把漿液填入注漿孔中，多余的清除掉，但需防止漿液凝固時產生收縮的影響，拔管要及時，切不可久留孔中，否則漿液凝固后將難以拔出。

（7）注漿設備清洗：當噴漿結束后，立即清洗高壓泵，輸漿管路、注漿管及噴頭。

2.4旋噴樁質量控制

2.4.1保證項目

旋噴樁使用的水泥品種，標號，水泥漿的水灰比符合設計要求。

檢驗方法：檢查出廠證明、合格證、試驗報告。

2.4.2基本項目

高壓旋噴樁樁體深度、直徑、樁體強度和滲透系數等符合設計要求。

檢驗方法：鉆孔取樣檢驗和標準貫入試驗，開挖檢查，冒漿試塊試驗，取施工過程中冒漿體試驗其物理性能，作為判斷強度參數，所取冒漿體應選取噴射后期的即水泥與土混合狀態接近地下實際混合狀態的冒漿體。檢查樁體均勻性，可采取鉆孔取芯的方法，該方法也可用來檢驗樁體的抗壓強度。

2.4.3允許偏差

旋噴樁的允許偏差和檢驗方法應符合表1的規定。

表1　旋噴樁的允許偏差和檢驗方法

3　結語

綜上所述，水平旋噴樁施工技術具有強度高、均勻、可控、簡易、經濟等優勢。通過上述實踐可得，在富水砂層暗挖隧道施工中應用水平旋噴樁施工工藝能有效防止隧道涌沙、涌水事故的發生，且洞內止水效果良好。

[1]侯杰，張宏圖.水平旋噴樁優化施工技術在青島地鐵隧道中的應用[J].價值工程，2013（4）：81～82.

[2]申見紅，王海軍.水平旋噴樁在隧道預支護施工中的應用[J].山西建筑，2009（15）：45～46.

[3]雷庭.水平旋噴樁施工技術在暗挖隧道下穿既有城鐵車站工程中的應用[J].城市建設理論研究：電子版，2013（13）：76～77.

U455

A

1673-0038（2015）03-0154-02

2014-12-26

劉前桂（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事計劃合同方面的工作。

李小龍（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事工程方面的工作。